ARPA-H向斯坦福大學(xué)投資2600萬美元制造3D打印心臟組織

2023年10月2日，南極熊獲悉，美國高級(jí)健康研究計(jì)劃局 (ARPA-H) 計(jì)劃向斯坦福大學(xué)投入2630萬美元，以資助研究人員在五年內(nèi)開發(fā)出可功能化應(yīng)用的生物打印人類心臟，并將其植入活豬體內(nèi)。

斯坦福大學(xué)心血管研究所成員、項(xiàng)目首席研究員、生物工程助理教授馬克·斯凱拉-斯科特（Mark Skylar-Scott）說：“該項(xiàng)目的難度堪比登月計(jì)劃，用于生物打印完整而復(fù)雜的人體器官的原材料現(xiàn)在已經(jīng)到位，可以推動(dòng)這一項(xiàng)目快速發(fā)展。”

多年來，定制針對(duì)患者的人體器官（肝臟、肺、腎臟、大腦，還有人類心臟）一直是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的一個(gè)愿景。但隨著最近干細(xì)胞科學(xué)（細(xì)胞培育和3D生物打印技術(shù)）的發(fā)展，才使得定制器官的夢想變得觸手可及。

斯凱拉-斯科特說：“有了血管生成系統(tǒng)，就有能力制造大而厚的組織，可以植入生物體內(nèi)并存活，生物制造器官的時(shí)代就這樣開始了�！�

生物打印技術(shù)的飛躍

生物打印技術(shù)和材料在過去十年中取得了巨大發(fā)展，因?yàn)?3D 打印總體上已經(jīng)在先進(jìn)制造的所有領(lǐng)域取得了進(jìn)展。然而，還有很多工作要做，從足夠的血管分布到細(xì)胞活力，再到需要同時(shí)從各個(gè)側(cè)面進(jìn)行打�。�體積打�。�，而不僅僅是局限在平面層上打印。世界各地（甚至太空實(shí)驗(yàn)室）的研究團(tuán)隊(duì)都在聚焦解決這些問題，ARPA-H 和斯坦福大學(xué)認(rèn)為這一重大注資將加速生物打印器官行業(yè)的發(fā)展。

在細(xì)胞培育技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下，更先進(jìn)的生物打印技術(shù)與細(xì)胞規(guī)�；�生產(chǎn)技術(shù)相結(jié)合，從舊的培養(yǎng)皿到今天能夠一次生產(chǎn)數(shù)十億個(gè)心臟特異性細(xì)胞的反應(yīng)器。這些將成為生物打印機(jī)的“墨水”。斯凱拉-斯科特說：“我們將使用自動(dòng)化生物反應(yīng)器庫來生產(chǎn)不同類型的心臟細(xì)胞�！�

這組生物反應(yīng)器將產(chǎn)生數(shù)十億個(gè)心室和心房心肌細(xì)胞、形成浦肯野纖維的專門傳導(dǎo)細(xì)胞、心臟起搏細(xì)胞的結(jié)細(xì)胞、以及支持組織發(fā)育的平滑肌細(xì)胞、巨噬細(xì)胞，以及當(dāng)然，血管內(nèi)皮細(xì)胞需要維持組織的活力。斯凱拉-斯科特估計(jì)，該團(tuán)隊(duì)每兩周就能為心臟產(chǎn)生足夠的細(xì)胞。

斯凱拉-斯科特說：“我們將利用這些大量的細(xì)胞來研究心臟的所有設(shè)計(jì)規(guī)則，并在整個(gè)心臟范圍內(nèi)優(yōu)化細(xì)胞組織活力和功能，最終植入豬體內(nèi)。生物打印的人類心臟將被移植到患有嚴(yán)重先天性免疫缺陷的豬體內(nèi)，以防止排斥反應(yīng)。然而，該團(tuán)隊(duì)的方法使用患者特異性干細(xì)胞，當(dāng)移植到同一患者體內(nèi)時(shí)，可能不需要免疫抑制。你自己的心，由你自己的細(xì)胞組成，這就是生物打印技術(shù)的魅力�！�

ARPA-H 和斯坦福大學(xué)合作項(xiàng)目促使人們憧憬有一天，類似的生物制造工廠能夠制造出新的心臟、肺、肝臟和其他器官，用于植入患者體內(nèi)——每個(gè)生物打印的器官都與其患者的基因完美匹配。斯凱拉-斯科特表示，這樣的愿望是可以預(yù)料到的，但他補(bǔ)充說，他相信這一天即使不是更久，也還需要幾十年的時(shí)間。盡管如此，這項(xiàng)生物打印計(jì)劃仍將作為加速器官工程商業(yè)化和轉(zhuǎn)化的必要而有力的概念驗(yàn)證。

專業(yè)知識(shí)生態(tài)系統(tǒng)

對(duì)這種可能性的討論讓斯凱拉-斯科特重新面對(duì)未來的挑戰(zhàn)。生物打印心臟并將其植入生物體內(nèi)相對(duì)容易，困難的部分是確保生物打印器官植入后該生物繼續(xù)存活。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要大量的專業(yè)知識(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出任何一位研究人員的技能。在這方面，斯凱拉-斯科特重返斯坦福大學(xué)研究生態(tài)系統(tǒng)，這使得該項(xiàng)目成為可能。

雖然斯科特是該項(xiàng)目的首席研究員，但由 ARPA-H 資助的 RPA-H 斯坦福大學(xué)專家組成的完整團(tuán)隊(duì)將夢想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，其深度和廣度都令人驚嘆。它包括工程學(xué)、生物化學(xué)、計(jì)算機(jī)建模、心臟病學(xué)、心胸外科、生物學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域的專家。只有斯坦福大學(xué)將領(lǐng)導(dǎo)力集中在所有這些相互獨(dú)立但又相互關(guān)聯(lián)的領(lǐng)域，這些領(lǐng)域彼此相距不遠(yuǎn)。

Skylar-Scott 表示，斯坦福大學(xué)是心血管醫(yī)學(xué)領(lǐng)域真正的卓越中心，心血管研究所、干細(xì)胞衍生專業(yè)知識(shí)和血管專家提供原材料，并結(jié)合 3D 生物打印和材料教師的良好生態(tài)系統(tǒng)，思考如何使用和使用組裝材料。最后，他總結(jié)道：“當(dāng)你將所有這些資源集中在一個(gè)地方時(shí)，就可以更輕松地進(jìn)行協(xié)作并完成一些令人驚奇的事情�！�

斯坦福大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)

• Mark Skylar-Scott，生物工程，首席研究員
• 約瑟夫·德西蒙，化學(xué)工程
• 丹尼爾·恩尼斯，放射學(xué)
• 莎拉·海爾肖恩，材料科學(xué)與工程
• 艾倫·庫爾，機(jī)械工程
• 凱爾·洛（Kyle Loh），發(fā)育生物學(xué)
• 馬先生, 心胸外科
• 艾莉森·馬斯登，心臟病學(xué)
• 艾莉森岡村，機(jī)械工程
• 馬琳·拉賓諾維奇，心臟病學(xué)
• 麥克·施瓦格,航空工程
• 吳釗燊, 心胸外科
• 吳釗燮, 心臟病學(xué)
• 吳肖恩, 心臟病學(xué)